DE102008064351A1

DE102008064351A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE102008064351A1
Application number: DE102008064351A
Authority: DE
Inventors: Rene Albrecht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-20
Filing date: 2008-12-20
Publication date: 2010-07-01
Also published as: WO2010069297A2; WO2010069297A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, zumindest umfassend ein Gehäuse (1), das an seiner der Sonne zugewandten Oberseite mit einer für Solarstrahlung durchlässigen Abdeckung (2) versehen ist und zumindest an seiner der Sonne abgewandten Unterseite eine thermisch isolierende Schicht (3) aufweist, wobei im Gehäuse (1) zwischen der thermisch isolierenden Schicht (3) und der Abdeckung (2) ein Absorber (4) platziert ist, der aus mehreren in mindestens zwei nicht parallelen Richtungen - Richtung A und Richtung B - orientierten Streifen (4.1, 4.2) besteht, die gemeinsam in alternierender Anordnung eine zick-zack-gefaltete Fläche ausbilden, welche sich von einer ersten Seitenwand (8) des Gehäuses (1) zur gegenübergelegenen zweiten Seitenwand des Gehäuses (1) erstreckt, sowie eine Einrichtung zur Wärmeabgabe, die die absorbierte Wärme durch den den Absorber (4) umströmenden Wärmeträger ableitet. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass in Aufstellposition des Sonnenkollektors die Falzkanten der zick-zack-gefalteten Fläche des Absorbers (4) sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung erstrecken, wobei die in Richtung B orientierten Streifen (4.2) des Absorbers (4) derart ausgerichtet sind, dass zum Zwecke der selbsttätigen Regulierung der Strahlungsleistung die in Richtung A orientierten Streifen (4.1) ab einer Sonnenhöhe größer 15° bezüglich der direkten Sonneneinstrahlung zumindest teilweise verschattet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, zumindest umfassend ein Gehäuse, das an seiner der Sonne zugewandten Oberseite mit einer für Solarstrahlung durchlässigen Abdeckung versehen ist und zumindest an seiner der Sonne abgewandten Unterseite eine thermisch isolierende Schicht aufweist, wobei im Gehäuse zwischen der thermisch isolierenden Schicht und der Abdeckung ein Absorber platziert ist, der aus mehreren in mindestens zwei nicht parallelen Richtungen – Richtung A und Richtung B – orientierten Streifen besteht, die gemeinsam in alternierender Anordnung eine zick-zack-gefaltete Fläche ausbilden, welche sich von einer ersten Seitenwand des Gehäuses zur gegenübergelegenen zweiten Seitenwand des Gehäuses erstreckt, sowie eine Einrichtung zur Wärmeabgabe, die die absorbierte Wärme durch den den Absorber umströmenden Wärmeträger ableitet.
Ein Sonnenkollektor ist eine Einrichtung zur Sammlung der in der Sonnenstrahlung enthaltenen Energie und deren Umwandlung in eine andere Form, und zwar in thermische Energie oder in Strom. Die Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche ist allerdings im Jahres- sowie Tagesverlauf nicht konstant. Die wichtigsten Ursachen für diese Variabilität sind der aktuelle Sonnenstand und die Reduktion der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre. Während im Sommer in mitteleuropäischen Gebieten Werte für die Globalstrahlung von über 7,5 kWh/m² pro Tag auftreten, können diese im Winter auf unter 0,1 kWh/m² pro Tag sinken.
Die Sonnenstrahlung wird beim Weg durch die Atmosphäre gestreut und das Licht an verschiedenen Partikeln reflektiert. Deshalb setzt sich die Sonnenstrahlung auf der horizontalen Erdoberfläche aus einem direkten und einem diffusen Anteil zusammen. Durch die direkte Sonnenstrahlung werden scharfe Schattenwürfe von Gegenständen verursacht, da das direkte Sonnenlicht nur aus der Sonnenrichtung kommt. Das Licht der diffusen Strahlung besitzt hingegen keine definierte Richtung. Der Diffusanteil ist an Tagen mit niedriger Gesamtstrahlung (meistens an stark bedeckten Wintertagen) besonders hoch und kann bis zu 100% betragen. Bei Tagen mit hoher Globalstrahlung (wolkenlose Sommertage) sinkt hingegen der Diffusanteil auf Werte unter 20%. So beträgt die Globalstrahlung beispielsweise in Berlin im Juni durchschnittlich 5,44 kWh/m² pro Tag (2,58 kWh/m² davon ist direkte Strahlung und 2,86 kWh/m² davon fällt auf diffuse Strahlung ein), in Dezember hingegen beträgt die durchschnittliche Globalstrahlung 0,45 kWh/m² pro Tag (0,10 kWh/m² davon ist direkte Strahlung und 0,35 kWh/m² davon fällt auf diffuse Strahlung). Aus diesen Werten lässt sich erkennen, dass die diffuse Strahlung eine sehr wichtige Bedeutung für die Solarwärmenutzung hat.
Der aktuelle Sonnenstand lässt sich für den jeweiligen Ort durch zwei verschiedene Winkel, die Sonnenhöhe und das Sonnenazimut eindeutig festlegen. Die direkte Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene lässt sich aus der nachstehenden Formel berechnen:
mit:

E_dir,neig: als direkte Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene,
E_dir,hor: als direkte Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene,
Θ_neig: als Einfallwinkel der Sonnenstrahlung auf die geneigte Ebene und
γ_S: als Sonnenhöhe.

Die maximale direkte Bestrahlungsstärke ist bei minimalem Einfallwinkel der Sonnenstrahlung und maximaler Sonnenhöhe erreicht.
Die diffuse Strahlung auf einer geneigten Ebene ermittelt sich nach der Formel (2): Ediff,neig = Ediff,hor·[12 (1 + cosγE)(1 – F) + ab ·F1 + F2·sinγE] (2)mit:

E_diff,neig: als direkte Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene,
E_diff,hor: als direkte Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene,
γ_E: als Höhenwinkel der geneigten Ebene,
F₁: als Horizonthelligkeitsindex (abhängig von Himmelsklarheit),
F₂: als Sonnenumgebungshelligkeitsindex (abhängig von Himmelsklarheit),
a: als max (0; cosΘ_neig) und
b: als max (0,087; sinγ_S).

Die Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene wird zusätzlich durch die Bodenreflektion verstärkt, die vom Höhenwinkel der geneigten Ebene und von optischen Eigenschaften in der Umgebung der Ebene abhängig ist. So ist die Reflektion der Schneedecke etwa 3- bis 4-mal so groß wie die Reflektion der Grasfläche oder des unbedeckten Bodens. Die Bodenreflektion ermittelt sich aus: Erefl,neig = Eges,hor·A·12 ·(1 – cosγE) (3)mit:

E_refl,neig: als Bodenreflektion auf der geneigten Ebene,
E_ges,hor: als Gesamtstrahlung auf der horizontalen Ebene,
Θ_neig: als Albedo-Wert (für frische Schneedecke A = 0,8...0,9, für Rasen A = 0,18...0,23) und
γ_E: als Höhenwinkel der geneigten Ebene.

Die gesamte Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene ergibt sich aus der Summe von E_dir,neig, E_diff,neig und E_refl,neig.
Die Sonnenkollektoren werden oft in Kombination mit einer Wärmepumpe angewendet, wobei das Temperaturniveau auf der Wärmequellenseite mit Hilfe der Sonne gehoben wird. Die Verwendung von aus dem Stand der Technik vorbekannten Sonnenkollektoren würde aber zur Folge haben, dass bei einer Wärmequellentemperaturerhöhung auf über 32°C, die bei direkter Sonneneinstrahlung leicht auftreten kann, diese wirtschaftlich nicht nutzbar wären.
Bei den bestehenden Sonnenkollektoren wird die Sonneneinstrahlung durch spezielle Beschattungssysteme reguliert.
In der DE 10 2004 028 622 A1 ist ein Solarsystem zur solarthermischen oder solarelektrischen Energieerzeugung offenbart, das wenigstens eine Vorrichtung zur Solarenergieaufnahme und -umwandlung umfasst, wobei die Vorrichtung Mittel zur automatischen vollständigen und/oder partiellen Verschattung aufweist und dass das Solarsystem zur Regelung der Verschattung in Abhängigkeit wenigstens eines Regelungsparameters ausgebildet ist.
In der DE 20 2005 004 563 U1 ist ein Solarkollektor zur Lufterwärmung mit einem Gehäuse beschrieben, der an seiner der Sonne zugewandten Oberseite mit einer für Solarstrahlung durchlässigen Abdeckung versehen ist und das zumindest an seiner von der Sonne abgewandten Unterseite mit einer thermisch isolierenden Schicht versehen ist, wobei im Gehäuse zwischen der thermisch isolierenden Schicht und der Abdeckung ein Absorber vorgesehen ist, der aus einem zick-zack-gefalteten Material mit hoher Wärmekapazität besteht, welches sich von einer ersten Seitenwand des Gehäuses zur gegenübergelegenen zweiten Seitenwand des Gehäuses erstreckt, wobei zwischen der Abdeckung und den durch die Faltung gebildeten Rippen des Absorbers und/oder zwischen der thermisch isolierenden Schicht und den durch die Faltung gebildeten Rippen des Absorbers zumindest ein Strömungskanal für zu erwärmende Luft gebildet ist.
Die bestehenden Sonnenkollektoren mit regulierender Sonneneinstrahlung sind demnach mit Systemen zur Sonneneinstrahlungsregulation ausgestattet, die aus mehreren beweglichen Bauteilen bestehen, wie zum Beispiel aus Antrieben, Lagern oder Rollen, die von der Regulationstechnik gesteuert werden. Daher sind diese Systeme sehr aufwendig, kompliziert, störungsanfällig und wartungsintensiv.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen Sonnenkollektor derart auszubilden, dass eine Überhitzung des Absorbers und des Wärmeträgers bei Tagen mit hoher Sonneneinstrahlung durch Selbstregulation deutlich verringert wird und gleichzeitig die bei den Tagen mit niedriger Sonneneinstrahlung zur Verfügung stehende direkte und diffuse Bestrahlungsstärke sowie die Bodenreflektion besser genutzt wird, ohne aufwendige Regulationstechnik einsetzen zu müssen.
Nach der Konzeption der Erfindung umfasst der Sonnenkollektor zumindest ein Gehäuse, das an seiner der Sonne zugewandten Oberseite mit einer für Solarstrahlung durchlässigen Abdeckung versehen ist und zumindest an seiner der Sonne abgewandten Unterseite eine thermisch isolierende Schicht aufweist. Im Gehäuse ist zwischen der thermisch isolierenden Schicht und der Abdeckung ein Absorber, der aus mehreren in mindestens zwei nicht parallelen Richtungen – Richtung A und Richtung B – orientierten Streifen besteht, die gemeinsam in alternierender Anordnung eine zick-zack-gefalteten Fläche ausbilden, welche sich von einer ersten Seitenwand des Gehäuses zur gegenübergelegenen zweiten Seitenwand des Gehäuses erstreckt, sowie eine Einrichtung zur Wärmeabgabe, die die absorbierte Wärme durch den den Absorber umströmenden Wärmeträger ableitet, platziert. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass in Aufstellposition des Sonnenkollektors die Falzkanten der zick-zack-gefaltete Fläche des Absorbers sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung erstrecken, wobei die in Richtung B orientierten Streifen des Absorbers derart ausgerichtet sind, dass zum Zwecke der selbsttätigen Regulierung der Strahlungsleistung die in Richtung A orientierten Streifen ab einer Sonnenhöhe größer 15° bezüglich der direkten Sonneneinstrahlung zumindest teilweise verschattet sind.
Die Beschattung der in Richtung A orientierten Streifen reguliert erfindungsgemäß automatisch die Sonneneinstrahlung in den Zeiten, in denen die Sonne hoch steht. Somit wird eine Überhitzung des Sonnenkollektors deutlich verringert.
Da die Sonnenhöhe in Abhängigkeit des geografischen Standorts des Sonnenkollektors und des betrachteten Tages im Jahr einen stets sich verändernden Wert annimmt, so ist der Verschattungsanteil der in Richtung A orientierten Streifen auch entsprechend unterschiedlich.
Eine Teilverschattung der in Richtung A orientierten Streifen wird bereits ab einer horizontalen Neigung der in Richtung B orientierten Streifen von mehr als 15° und weniger als 40° erreicht.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die horizontale Neigung der in Richtung B orientierten Streifen 30° beträgt.
Nach Konzeption der Erfindung bilden die in Richtung A orientierten Streifen und die in Richtung B orientierten Streifen einen rechten Winkel, wobei die in Richtung A orientierten Streifen mindestens 30 mm lang sind.
Vorteilhaft ist zwischen den in Richtung A orientierten Streifen und den in Richtung B orientierten Streifen ein zusätzlicher Streifen in vertikaler Richtung angeordnet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den in Richtung A orientierten Streifen und den in Richtung B orientierten Streifen eine Sektion angeordnet, die rund ist und sich tangential sowohl an den in Richtung A orientierten Streifen und als auch an den in Richtung B orientierten Streifen anschließt.
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Absorber in südlicher oder nahezu südlicher Richtung orientiert.
Üblicherweise ist der Absorber aus einem Material mit hoher Wärmekapazität gefertigt und mit einer für Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht versehen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der den Absorber umströmende Wärmeträger als Luft ausgebildet ist, die den Absorber im Vorderraum für Luftbewegung sowie im Hinterraum für Luftbewegung umströmt.
Ferner kann der den Absorber umströmende Wärmeträger auch eine Flüssigkeit sein, die den Absorber in Rohrleitungen umströmt.
Besonders vorteilhaft fließt der im Sonnenkollektor erhitzte Wärmeträger in eine Wärmepumpe, die dem Sonnenkollektor nachgeschaltet ist.
Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung des Sonnenkollektors in der Ausführung mit einem flüssigen Wärmeträger,
2 eine schematische Schnittdarstellung des Sonnenkollektors in der Ausführung mit einem gasförmigen Wärmeträger,
3 eine Detailansicht der 2 mit Darstellung der diffusen Sonneneinstrahlung (im Sommer oder Winter bei bewölktem Himmel),
4 eine Detailansicht der 2 mit Darstellung der direkten und diffusen Sonneneinstrahlung bei niedrigem Einstrahlwinkel (im Sommer morgens bzw. abends oder im Winter ganztäglich),
5 Detailansicht der 2 mit Darstellung der direkten und diffusen Sonneneinstrahlung bei großem Einstrahlwinkel (im Sommer gegen Mittag),
6 Geometrie des für den Einstrahlwinkel 20° optimierten Sonnenkollektors,
7 Geometrie des für den Einstrahlwinkel 30° optimierten Sonnenkollektors und
8 Geometrie des für den Einstrahlwinkel 40° optimierten Sonnenkollektors.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors in der Ausführung mit einem flüssigen Wärmeträger. Der Sonnenkollektor besteht aus einem Gehäuse 1, das an seiner der Sonne zugewandten Oberseite mit einer durchlässigen Abdeckung 2 versehen ist. Diese durchlässige Abdeckung 2 ist aus einer speziellen Solarglasscheibe gefertigt. Das Gehäuse 1 ist ferner an seiner von der Sonne abgewandten Unterseite und an allen Seitenwänden mit einer thermisch isolierenden Schicht 3 versehen. Die thermisch isolierende Schicht 3 ist aus den für diese Anwendung üblichen Materialien (Polyurethanschaum, Polystyrol, Glaswolle oder Vlies) mit einer entsprechenden Dicke unter Berücksichtigung der im Sonnenkollektor auftretenden Betriebstemperaturen ausgebildet. Die thermisch isolierende Schicht 3 verbessert den Sonnenkollektor-Wirkungsgrad beträchtlich. Zwischen der thermisch isolierenden Schicht 3 und der durchlässigen Abdeckung 2 ist ein Absorber 4 platziert, der aus zwei nicht parallelen Richtungen – Richtung A und Richtung B – orientierten Streifen 4.1, 4.2 besteht, die gemeinsam in alternierender Anordnung eine zick-zack-gefaltete Fläche ausbilden. In Aufstellposition des Sonnenkollektors erstrecken die Falzkanten der zick-zack-gefaltete Fläche des Absorbers 4 sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung. Die horizontale Neigung der in Richtung B orientierten Streifen 4.2 der Absorber 4 beträgt 35°. Die in Richtung A orientierten Streifen 4.1 sind dabei ab einer Sonnenhöhe größer 15° bezüglich der direkten Sonneneinstrahlung zumindest teilweise verschattet. Die in Richtung A orientierten Streifen 4.1 und die in Richtung B orientierten Streifen 4.2 bilden im dargestellten Beispiel einen rechen Winkel, wobei die in Richtung A orientierten Streifen 4.1 mindestens 30 mm lang sind. Der Sonnenkollektor erstreckt sich in vertikaler Richtung, beispielsweise entlang an einer Hauswand. Die zick-zack-gefaltete Fläche des Absorbers 4 erstreckt sich von einer ersten Seitenwand 8 des Gehäuses 1 zur gegenübergelegenen zweiten Seitenwand 8 des Gehäuses 1 in vertikaler Ausrichtung. Der Absorber 4 ist mit Rohrleitungen 5 versehen, die von flüssigem Wärmeträger durchflossen werden. Der Wärmeträger leitet die durch Sonnenkollektor absorbierte Wärme ab. Diese Wärme kann dann in einer nicht dargestellten Wärmepumpe effizient genutzt werden.
Die 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Sonnenkollektors in der Ausführung mit einem gasförmigen Wärmeträger. Diese Ausführung entspricht im Wesentlichen dem in der 1 dargestellten Sonnenkollektor mit flüssigem Wärmeträger. Der dargestellte Sonnenkollektor gemäß 2 in der Ausführung mit einem gasförmigen Wärmeträger weist keine Rohrleitungen 5 für einen flüssigen Wärmeträger auf. Die absorbierte Wärme wird an die im Hinterraum 6 und Vorderraum 7 strömende Luft übertragen. Die erhitzte Luft wird dann als Wärmeträger vom Sonnenkollektor abgeleitet und entsprechend als Wärme genutzt.
Die 3 zeigt eine Detailansicht der 2 mit der Darstellung der diffusen Sonneneinstrahlung 10 (im Sommer bei bewölktem Himmel oder im Winter ebenso bei bewölktem Himmel). Die diffuse Sonnenstrahlung 10 weist naturgemäß keine definierte Richtung auf. Daher wird die diffuse Sonnenstrahlung 10 von den in Rich tung A orientierten Streifen 4.1 sowie von den in Richtung B orientierten Streifen 4.2 gleichermaßen absorbiert und in Wärme umwandelt. Der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors ist bei dieser Ausgestaltung entsprechend hoch.
Die 4 zeigt eine Detailansicht der 2 mit einer Darstellung der direkten 9 und diffusen Sonneneinstrahlung 10 bei niedrigem Einstrahlwinkel (im Sommer morgens bzw. abends oder im Winter ganztäglich). Die diffuse Sonnenstrahlung 10 wird von den in Richtung A orientierten Streifen 4.1 sowie von den in Richtung B orientierten Streifen 4.2 absorbiert und entsprechend in Wärme umwandelt. Die direkte Sonnenstrahlung 9 wird von den in Richtung A orientierten Streifen 4.1 unter besonders guten Bedienungen (nahezu rechter Winkel) absorbiert. Der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors ist bei dieser Ausgestaltung sehr hoch.
Die 5 zeigt eine Detailansicht der 2 mit einer Darstellung der direkten Sonneneinstrahlung 9 und der diffusen Sonneneinstrahlung 10 bei großem Einstrahlwinkel (im Sommer gegen Mittag). Die diffuse Sonnenstrahlung 10 wird von den in Richtung A orientierten Streifen 4.1 sowie von den in Richtung B orientierten Streifen 4.2 absorbiert und in Wärme umwandelt. Die direkte Sonnenstrahlung 9 ist gegenüber den in Richtung A orientierten Streifen 4.1 teilweise abgeschirmt, sodass die in Richtung A orientierten Streifen 4.1 teilweise im Schatten 11 liegen. Der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors ist bei dieser Ausgestaltung etwas geringer, wodurch keine Überhitzung der Anlage zu verzeichnen ist.
Die 6 zeigt eine Geometrie des für den Einstrahlwinkel von 20° optimierten Sonnenkollektors. Der in der Richtung B orientierte Streifen 4.2 weist eine horizontale Neigung von 20° auf und bildet mit dem in der Richtung A orientierten Streifen 4.1 gemeinsam einen rechten Winkel. Die für die diffuse Sonnenstrahlung 10 zur Verfügung stehende Kollektorenlänge beträgt 1,273 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung. Bei der Sonnenhöhe von 20° mit optimaler Nutzung der Einstrahlungsenergie 13.1 ist die effektive (rechtswinklig zur aktuellen Sonnenhöhe) Länge 0,945 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung. Bei der maximalen Sonnenhöhe von 61° 12 (Mitteldeutschland) beträgt die maximale Verschattung 32% und die effektive Länge 0,513 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung.
Die 7 zeigt eine Geometrie des für den Einstrahlwinkel von 30° optimierten Sonnenkollektors. Der in der Richtung B orientierte Streifen 4.2 weist eine horizontale Neigung von 30° auf und bildet mit dem in der Richtung A orientierten Streifen 4.1 gemeinsam einen rechten Winkel. Die für die diffuse Sonnenstrahlung 10 zur Verfü gung stehende Kollektorenlänge beträgt 1,350 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung. Bei der Sonnenhöhe von 30° mit optimaler Nutzung der Einstrahlungsenergie 13.2 beträgt die effektive (rechtswinklig zur aktuellen Sonnenhöhe) Länge 0,888 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung. Bei der maximalen Sonnenhöhe von 61° 12 (Mitteldeutschland) beträgt die maximale Verschattung 35% und die effektive Länge 0,557 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung.
Die 8 zeigt eine Geometrie des für den Einstrahlwinkel von 40° optimierten Sonnenkollektors. Der in der Richtung B orientierte Streifen 4.2 weist eine horizontale Neigung von 40° auf und bildet mit dem in der Richtung A orientierten Streifen 4.1 gemeinsam einen rechten Winkel. Die für die diffuse Sonnenstrahlung 10 zur Verfügung stehende Kollektorenlänge beträgt 1,402 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung. Bei der Sonnenhöhe von 40° mit optimaler Nutzung der Einstrahlungsenergie 13.3 beträgt die effektive (rechtswinklig zur Sonnenhöhe) Länge 0,800 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung. Bei der maximalen Sonnenhöhe von 61° 12 (Mitteldeutschland) hingegen beträgt die maximale Verschattung 32% und die effektive Länge 0,635 Meter pro 1 Meter in vertikaler Richtung.

1: Gehäuse
2: Abdeckung
3: thermisch isolierende Schicht
4: Absorber
4.1: in Richtung A gefalteter Streifen
4.2: in Richtung B gefalteter Streifen
5: Rohrleitung für Wärmeträger
6: Hinterraum für Luftbewegung
7: Vorderraum für Luftbewegung
8: Seitenwand
9: direkte Sonnenstrahlung
10: diffuse Sonnenstrahlung
11: Schatten
12: maximale Sonnenhöhe 61°
13.1: Sonnenhöhe mit optimaler Nutzung der Einstrahlungsenergie 20°
13.2: Sonnenhöhe mit optimaler Nutzung der Einstrahlungsenergie 30°
13.3: Sonnenhöhe mit optimaler Nutzung der Einstrahlungsenergie 40°

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004028622 A1 [0011]
- DE 202005004563 U1 [0012]

Claims

Sonnenkollektor, zumindest umfassend ein Gehäuse (1), das an seiner der Sonne zugewandten Oberseite mit einer für Solarstrahlung durchlässigen Abdeckung (2) versehen ist und zumindest an seiner der Sonne abgewandten Unterseite eine thermisch isolierende Schicht (3) aufweist, wobei im Gehäuse (1) zwischen der thermisch isolierenden Schicht (3) und der Abdeckung (2) ein Absorber (4) platziert ist, der aus mehreren in mindestens zwei nicht parallelen Richtungen – Richtung A und Richtung B – orientierten Streifen (4.1, 4.2) besteht, die gemeinsam in alternierender Anordnung eine zick-zack-gefaltete Fläche ausbilden, welche sich von einer ersten Seitenwand (8) des Gehäuses (1) zur gegenübergelegenen zweiten Seitenwand des Gehäuses (1) erstreckt, sowie eine Einrichtung zur Wärmeabgabe, die die absorbierte Wärme durch den den Absorber (4) umströmenden Wärmeträger ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass in Aufstellposition des Sonnenkollektors die Falzkanten der zick-zack-gefaltete Fläche des Absorbers (4) sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung erstrecken, wobei die in Richtung B orientierten Streifen (4.2) des Absorbers (4) derart ausgerichtet sind, dass zum Zwecke der selbsttätigen Regulierung der Strahlungsleistung die in Richtung A orientierten Streifen (4.1) ab einer Sonnenhöhe größer 15° bezüglich der direkten Sonneneinstrahlung zumindest teilweise verschattet sind.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Neigung der in Richtung B orientierten Streifen (4.2) mehr als 15° und weniger als 40° beträgt.
Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Neigung der in Richtung B orientierten Streifen (4.2) 30° beträgt.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung A orientierten Streifen (4.1) und die in Richtung B orientierten Streifen (4.2) einen rechten Winkel bilden, wobei die in Richtung A orientierten Streifen (4.1) mindestens 30 mm lang sind.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den in Richtung A orientierten Streifen (4.1) und den in Richtung B orientierten Streifen (4.2) ein zusätzlicher Streifen in vertikaler Richtung angeordnet ist.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den in Richtung A orientierten Streifen (4.1) und den in Richtung B orientierten Streifen (4.2) eine Sektion angeordnet ist, die im Querschnitt rund ausgebildet ist und sich tangential sowohl an den in Richtung A orientierten Streifen (4.1) als auch an den in Richtung B orientierten Streifen (4.2) anschließt.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (4) in südlicher oder nahezu südlicher Richtung orientiert ist.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (4) aus einem Material mit hoher Wärmekapazität gefertigt ist und mit einer für Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht versehen ist.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der den Absorber (4) umströmende Wärmeträger Luft ist, die den Absorber (4) im Vorderraum für Luftbewegung (7) sowie im Hinterraum für Luftbewegung (6) umströmt.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der den Absorber (4) umströmende Wärmeträger eine Flüssigkeit ist, die den Absorber (4) in Rohrleitungen (5) umströmt.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der im Sonnenkollektor erhitzte Wärmeträger in eine Wärmepumpe fließt, die dem Sonnenkollektor nachgeschaltet ist.